JPH07240415A

JPH07240415A - 配線修正方法及び装置

Info

Publication number: JPH07240415A
Application number: JP3213694A
Authority: JP
Inventors: Mikio Hongo; 幹雄本郷; Katsuro Mizukoshi; 克郎水越; Atsukimi Takada; 敦仁高田; Hidezo Sano; 秀造佐野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-03-02
Filing date: 1994-03-02
Publication date: 1995-09-12

Abstract

(57)【要約】【目的】ＬＳＩチップ上に配線を形成する際に、下地が
Ａl配線か絶縁膜かにかかわらず、一定幅・一定厚の配
線を、形成条件を変えずに形成し、高品質な配線修正を
実現すること。【構成】直線偏光かつ連続発振レーザ光の偏光方向を１
／２波長板で調整した後、電気光学素子で偏光方向を９
０度回転させて必要な時間幅と繰り返しのパルス光に変
換するとともに、偏光ビームスプリッタで特定偏光成分
のみを取り出すことで、パルス光と連続発振光の重畳さ
れたレーザ光に変換し、このレーザ光をＣＶＤ材料ガス
雰囲気に置かれたＬＳＩ上に集光照射し、選択的に配線
を形成することによりＬＳＩ配線を修正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置及び電子回路
基板に形成された配線に発生した欠陥を修正する方法に
係り、特に配線の一部が欠落した欠陥に対して、レーザ
ＣＶＤを利用して材料ガス雰囲気に置かれた上記半導体
装置及び電子回路基板の配線の欠落した部分、あるいは
追加すべき部分に導電膜を形成し、修正する方法及び装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、配線の一部が欠落した欠陥に対し
てレーザＣＶＤが用いられていた。特にレーザ照射部で
材料ガスを選択的に熱分解させ、金属を析出させて修正
する方法が広く行われている。例えば、レーザー研究，
第１５巻，第２号，ｐ．１６〜３０（１９８７．２）に
は材料ガスとしてＭｏ(ＣＯ)６（モリブデンカルボニ
ル）等を用い、連続発振ＡｒレーザによるレーザＣＶＤ
を利用した配線修正技術が開示されている。また、特開
平２−２０９４８３にはＷ(ＣＯ)６等を材料ガスとし
て、パルス発振ＹＡＧレーザを用いた修正技術が開示さ
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、配線修正を
行う場合、半導体装置及び電子回路基板の配線は絶縁膜
上に形成されており、レーザＣＶＤで形成する修正配線
は半導体装置及び電子回路基板の配線（金属）上と絶縁
膜上に連続して形成しなければならない。これに対し
て、熱伝導率が大きい配線上に形成する場合はレーザ出
力を大きくする、あるいは形成速度（レーザ光の走査速
度）を遅くする等、照射エネルギを大きくする必要があ
る。しかし、配線の表面状態によって、反射率が変化し
たり、下地となる配線の幅や膜厚により、必要なエネル
ギが変化する。過大なエネルギで照射すると配線や下層
にダメージが発生したり、過小なエネルギで照射する
と、配線が形成できないことが起きる。

【０００４】一方、熱伝導率が小さい絶縁膜上では、レ
ーザ出力を小さくする、あるいは形成速度を早くする
等、照射エネルギを小さくする必要がある。しかし、層
間絶縁膜下に他の配線が走っている部分とそうでない部
分で、熱の伝導状態が大きく変わり、配線が途切れたり
下層配線にダメージが生じたりする。

【０００５】このような問題点に対して、例えば特開平
２−１４６７２４号公報には、配線上にはパルス発振の
レーザ光を、絶縁膜上には連続発振光を用いて配線を形
成する方法が開示されている。しかし、２種類の発振器
を準備する必要がある上、パルス発振光でレーザＣＶＤ
を行う場合、配線形成速度（レーザ光の走査速度）は連
続発振光で形成する場合の数十分の一以下と極めて遅
く、配線上と絶縁膜上とでレーザ出力，形成速度（レー
ザ光の走査速度）等、形成条件を変える必要があった。
また、連続発振光を発生する発振器を使用し、メカニカ
ルチョパによりパルス化する場合でも、連続発振光かパ
ルス光のどちらかしか使用できないため、配線上と絶縁
膜上とでレーザ出力，形成速度（レーザ光の走査速度）
等、形成条件を変える必要があった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、配線上及び絶縁膜上に照射するレーザ光として、パ
ルス発振光に連続発振光を重畳して、同一位置に照射す
る。この時の連続発振光の出力として、絶縁膜上に配線
が形成できる程度に設定される。また、パルス光の出力
として、当然ながら下地基板（配線あるいは絶縁膜）に
ダメージが発生しない範囲に設定される。

【０００７】また、上記課題を解決するための装置とし
て、例えば、連続発振出力を電気化学素子（ＥＯ素子）
でパルス化する際に、ＥＯ素子に入力する偏光方向を回
転させることにより実現できる。即ち、ＥＯ素子に電圧
を印加したときに透過する直線偏光を９０度回転するよ
うに設定し、９０度回転した偏光成分のみをレーザ光処
理部に到達できるように構成する。ＥＯ素子に電圧を印
加しないときは、直線偏光はレーザ光処理部に到達でき
ないように遮断される。この時、入射する直線偏光光の
偏光方向を僅かに回転することにより、ＥＯ素子に電圧
を印加しないときでも、直線偏光光は僅かに透過し、レ
ーザ光処理部に到達できる。回転角により、光量は調整
できる。

【０００８】

【作用】配線を形成するに当り、連続発振光によりＣＶ
Ｄ材料ガスの分解温度近くまで加熱し、パルス光で配線
を形成する。即ち、連続発振光によりＣＶＤ材料ガスの
分解温度近くまで昇温している部分が、パルス光により
更に加熱されて材料ガスの分解温度を超え、その部分の
みでＣＶＤ材料ガスが分解して配線が形成される。その
後、レーザパルスの終了ととともに照射されるレーザ光
は連続発振光のみとなるため、温度は急激に低下して成
膜が停止する。これを繰り返すことで、修正配線が形成
できる。当然、配線上と絶縁膜上では、熱伝導率の差に
起因して成膜速度が異なるが、その差は小さく、実用上
問題とはならない。

【０００９】

【実施例】以下、図に従って本発明を詳細に説明する。
図１は本発明方法を実施するのに最適な配線修正装置で
ある。レーザ発振器１から発振されたレーザ光２は、シ
ャッタ３を通過した後、１／２波長板４，電気光学素子
（ポッケルスセル）５，偏光子６を透過し、ダイクロイ
ックミラー７で反射され、対物レンズ８で集光されなが
ら石英窓９を透過し、ＣＶＤチャンバ１０内に設けたス
テージ１１上に載置された試料（例えば半導体装置）１
２上に照射される。ＣＶＤチャンバ１０にはバルブ１３
を有する配管１４を介してＣＶＤ材料ガスを格納したボ
ンベ１５に接続されている。また、バルブ１６を有する
配管１７を介して真空ポンプ１８に接続されている。ダ
イクロイックミラー７の上方にはハーフミラー２０を介
して照明光源２１が設置され、撮象レンズ２２とＴＶカ
メラ２３，モニタ２４の組合せで試料面の観察，位置決
めが可能な構成になっている。また、透過率連続可変フ
ィルタ３０、１／２波長板４の回転駆動部３５、ポッケ
ルスセル５のドライバ３６、出力測定用ミラー３１の出
し入れ駆動部（図示せず）の制御と検出器３２出力の取
り込み、バルブ１３，１６の開閉、ステージ１１の駆動
制御などは制御装置３８により制御される。ここで、レ
ーザ発振器１として、連続発振Ａｒレーザに代表される
直線偏光レーザを使用する。直線偏光は１／２波長板４
を透過する際に、波長板を光軸を中心に回転することに
より、偏光方向を回転することができる。もちろん、レ
ーザ発振器１自体を、出力ビームを中心に回転させても
良い。一方、ポッケルスセル５は電圧を印加することに
より、透過する光の偏光方向を９０度回転することがで
きる。即ち、１／２波長板４を透過した直線偏光レーザ
２は、ポッケルスセル５に電圧を印加しない状態では、
ポッケルスセル５の直後に置かれた偏光ビームスプリッ
タに代表される偏光子６をレーザ光が全く透過せず、電
圧を印加した時に１００％透過する様に調整しておく
と、ポッケルスセル５に電圧を印加した時にだけレーザ
光をダイクロイックミラー７のお方向に照射することが
できる。このことは、ポッケルスセル５に電圧を印加す
る時間と繰り返しを制御することにより、発振器１出力
を最大とする任意のパルスレーザ光が得られたことにな
る。

【００１０】一方、上記状態で１／２波長板４を光軸を
中心に回転（あるいは、発振器１を回転）させると、偏
光方向が回転し、ポッケルスセル５に電圧を印加しない
状態では偏光方向の回転角θに対して、発振器１出力の
ｓｉｎθの自乗倍だけ偏光子６を透過し、ポッケルスセ
ル４に電圧を印加した時にはｃｏｓθの自乗倍の出力を
透過する。一般的にはθは小さな角度の範囲を用いる。
ここで、レーザ発振器１の直後に置かれた透過率連続可
変フィルタ３０の透過率を調整する、あるいは発振器１
の出力を直接調整することでレーザ出力を調整すること
ができる。例えば、発振器１の出力を、２００ｍＷに設
定しておき、１／２波長板４を６．５度（発振器を回転
させる場合は１３度）回転させることにより偏光面は１
３度回転し、ポッケルスセル５に電圧を印加しないとき
には、およそ１０ｍＷの連続発振出力が得られ、ポッケ
ルスセル５に電圧を印加した時にだけ出力はおよそ１９
０ｍＷが得られる。即ち、結果的に１０ｍＷの連続発振
出力に１８０ｍＷのパルス出力が重畳された出力が得ら
れたことになる。発振器１の直後に透過率連続可変フィ
ルタ３０を、また偏光子６の直後に出入り自在に設置し
た反射ミラー３１とレーザ出力検出器３２を設置し、透
過出力と１／２波長板４の回転角を調整することによ
り、発振器１出力を最大として連続発振出力とパルス出
力を任意に設定することができる。

【００１１】ここで、ＣＶＤチャンバ１０内を真空ポン
プ１８で真空排気し、その後ボンベ１５からＣＶＤ材料
ガスを供給して一定圧力になった時点でバルブ１３を閉
じ、必要な出力に設定したレーザ光２を試料１２上に照
射しつつステージ１１を移動することにより、レーザ光
が照射された部分のみに配線を形成することができる。
ＣＶＤ材料ガスとしては一般的に熱分解で金属が析出で
きるものが選択される。より具体的にはＭｏ(ＣＯ)
₆（モリブデンカルボニル），Ｗ(ＣＯ)₆（タングステン
カルボニル），Ｎｉ(ＣＯ)₄（ニッケルカルボニル）な
どのカルボニル化合物、Ａｌ(Ｃ₂Ｈ₅)₃（トリメチルア
ルミニウム）などのアルキル金属化合物、ＳｉＨ₄（モ
ノシラン）あるいはＳｉ₂Ｈ₆（ジシラン）とＢＣｌ
₂（塩化ボロン），Ｂ(ＣＨ₃)₂（ジエチルボロン）など
のドーパント（不純物）材料ガスの組合せ等、レーザ照
射による熱分解で導電物質が析出可能な材料ガスが用い
られる。必要に応じて、バッファガスあるいはキャリヤ
ガスを使用しても良い。

【００１２】またレーザ光として、連続発振のＹＡＧレ
ーザの基本波あるいはその高調波など、連続発振レーザ
で直線偏光の出力が得られるものが選ばれる。しかし、
円偏光，楕円偏光，無偏光でも出力が充分に大きけれ
ば、直線偏光成分のみを取り出して利用することがで
き、全く同じ効果を得ることができる。

【００１３】Ａl配線が形成されたＬＳＩチップ上にＭo
配線を形成する場合を例に、具体的に述べる。図２に試
料の断面を示す。ＳiＯ₂膜５１を形成したＳi基板５２
上にＡl配線層５３、更に保護膜（ＳiＯ₂膜）５４が形
成されている。通常、ＬＳＩは最上層のＡl配線が形成
された後、保護膜として０．１〜５．０μｍのＳiＯ₂膜
が形成されているが、ここでは０．２μｍのＳiＯ₂膜が
形成された試料の場合を考える。このＬＳＩ上にＭo(Ｃ
Ｏ）₆ガス圧１３．３Ｐaの雰囲気中でＡrレーザ光を照
射して、ステージを移動することにより配線を形成す
る。幅５０μｍのＡl配線が形成されている部分を横切
るようにＭo配線を形成する。

【００１４】形成したＭo配線の平面図を図３に示す。
レーザ光を連続発振光のみとし、レーザ光出力を５０ｍ
Ｗ、ステージ移動速度１０μｍ／ｓｅｃで形成すると、
Ａl配線が形成されていない部分では良好なＭo配線５５
が形成できたが、Ａl配線上ではＭo配線５５が途切れ
た。同様に、レーザ光を連続発振光のみとし、出力を２
００ｍＷ，ステージ移動速度１０μｍ／ｓｅｃで形成す
ると、Ａl配線上では良好なＭo配線５６が形成できた
が、Ａl配線が形成されていない部分ではＭo配線５６が
太くなりすぎ、クラック５７及び配線の剥離が生じて配
線として使用できなかった。

【００１５】一方、レーザ光をパルス光のみとし、ピー
ク出力５００ｍＷ，パルス幅２０ｎｓｅｃ，繰り返し１
０ｋＨｚ，ステージ移動速度で０．５μｍ／ｓｅｃの条
件でＭo配線５８を形成すると、Ａl配線の有無に関係な
く良好なＭo配線５８が形成できた。

【００１６】これに対して、本発明の方法である連続発
振光とパルス光を重畳して照射した結果、連続発振出力
を１０ｍＷ、パルス出力をピーク出力４００ｍＷ，パル
ス幅２０ｎｓｅｃ，繰り返し５０ｋＨｚ，ステージ移動
速度５μｍ／ｓｅｃでパルス光のみで形成した場合と同
様にＡl配線の有無に関係なく良好なＭo配線５９が形成
できた。しかも、パルス光のみで形成する場合に比べ
て、１０倍の形成速度が得られた。

【００１７】このように、連続発振光とパルス光を重畳
して照射し、レーザＣＶＤで配線を形成することによ
り、下地が熱的に不均一でも、下地によって形成条件を
変えることなく一定幅一定厚の配線を高速に形成でき
る。

【００１８】次に、本発明装置の別な実施例について、
図４に示す。ここで、図１と共通の部分については同一
の番号で示す。レーザ発振器１から発振されたレーザ光
２は、シャッタ３，１／２波長板４を経て、偏光ビーム
スプリッタ６１によりＰ偏光成分とＳ偏光成分に分割さ
れる。Ｐ偏光成分は偏光ビームスプリッタ６１を透過
し、ポッケルスセル５，ミラー６２を経る。一方、Ｓ偏
光成分は偏光ビームスプリッタ６１で反射され、ミラー
６３，１／２波長板６４を経る。その後、分割されたレ
ーザ光は偏光ビームスプリッタ６５で結合され、出力測
定用ミラー３１を経てダイクロイックミラー７に照射さ
れる。この後は図１で説明した通りである。

【００１９】ここで、レーザ発振器１として、直線偏光
のレーザ光を発振するもの、典型的には連続発振Ａrレ
ーザが選ばれる。しかし、これに限定されるわけではな
いことは既に述べた。発振されたレーザ光２は偏光ビー
ムスプリッタ６１によりＰ偏光成分とＳ偏光成分に分割
される。Ｐ偏光成分とＳ偏光成分の比率は１／２波長板
４を駆動機構３５で光軸を中心に回転させることにより
調整される。Ｐ偏光成分は偏光ビームスプリッタ６１を
透過し、ポッケルスセル５，反射ミラー６２を経て偏光
ビームスプリッタ６５を透過する。ここで、ポッケルス
セル５にドライバ３６で透過するレーザ光の偏光方向を
９０度回転させる電圧を印加すると、偏光ビームスプリ
ッタ６５に対してＳ偏光として入射するため、ダイクロ
イックミラー７の方向に曲げられる。即ち、ポッケルス
セル５に電圧を印加する時間と繰り返しに応じたパルス
光として、ダイクロイックミラー７に照射される。

【００２０】一方、偏光ビームスプリッタ６１で９０度
偏向されたＳ偏光成分は反射ミラー６３で反射され、１
／２波長板６を透過する。この時、透過するレーザ光の
偏光方向が９０度回転するように、駆動機構６６で１／
２波長板６を光軸を中心に回転させて調整し、偏光ビー
ムスプリッタ６５にＰ偏光として入射させ透過する。こ
の結果、ポッケルスセル５で偏光方向を９０度回転され
たレーザ光（パルス光）と偏光ビームスプリッタ６１で
分割されたレーザ光（連続発振光）が重畳された状態で
ダイクロイックミラー７に照射される。この時のパルス
光と連続発振光の出力はレーザ発振器出力の調整と、１
／２波長板４，６４の回転角の調整で任意に設定するこ
とができる。

【００２１】例えば、発振器１の出力を５００ｍＷに調
整し、駆動機構３５により１／２波長板４を１０度回転
させるとレーザ光の偏光方向は２０度回転し、およそ４
４０ｍＷのＰ偏光成分が偏光ビームスプリッタ６１およ
びポッケルスセル５を透過するが、そのままでは偏光ビ
ームスプリッタ６５を透過してしまい、ダイクロイック
ミラー７には到達しない。ここで、ポッケルスセル５に
偏光方向が９０度回転する電圧を印加すると、レーザ光
は偏光ビームスプリッタ６５にＳ偏光として入射するた
め、レーザ光はダイクロイックミラー７方向に曲げられ
る。即ち、ポッケルスセル５に電圧を印加する時間及び
繰り返しに応じたパルス光がダイクロイックミラー７に
照射されることになる。当然、発振器１を回転させても
全く同じ効果が得られる。

【００２２】一方、偏光ビームスプリッタ６１で９０度
偏向されたＳ偏光成分５８ｍＷは１／２波長板６４を透
過し、偏光ビームスプリッタ６５にＳ偏光のまま入射す
るため、ダイクロイックミラー７には到達しない。ここ
で、１／２波長板６４を駆動機構６６により回転させ
る。例えば１５度回転させることで偏光方向は３０度回
転し、およそ１４．５ｍＷだけがＰ偏光成分として偏光
ビームスプリッタ６５を透過し、ダイクロイックミラー
７に到達する。この状態で、ドライバ３６から持続時間
１００ｎｓ、繰り返し１０ｋＨｚでポッケルスセル５に
電圧を印加すれば、ピーク出力４４０ｍＷ，パルス幅１
００ｎｓ，繰り返し１０ｋＨｚのパルス光と出力１４．
５ｍＷの連続発振光が重畳されたレーザ光がダイクロイ
ックミラー７で反射され、このレーザ光を利用したレー
ザＣＶＤにより選択的に導電膜を形成することができ
る。

【００２３】図４に示した装置において、偏光ビームス
プリッタ６１を透過したレーザ光をパルス化するため
に、電気光学素子（ポッケルスセル５）を使用したが、
音響光学素子（ＡＯセル）を用いても全く同じ効果を得
ることができる。即ち、音響光学素子（ＡＯセル）に超
音波が印加された時の１次回折光が反射ミラー６２で反
射され偏光ビームスプリッタ６５で９０度偏向されるよ
うに、光軸と偏光方向を調整しておく。例えば、音響光
学素子（ＡＯセル）の後に１／２波長板を配置し、偏光
ビームスプリッタ６５でダイクロイックミラー７方向へ
レーザ光を偏向することができる。超音波が印加されな
い時は光軸が僅かに（通常数度）異なるので超音波が印
加されない時のレーザ光を遮光することにより、印加す
る超音波の時間と繰り返しに応じたパルス光が得られ
る。連続発振光については電気光学素子の場合と同じで
ある。

【００２４】以上説明してきたが、本発明の装置は図１
および図４に示したものに限定されるわけではない。直
線偏光の連続発振レーザ光を任意の出力でパルス化する
とともに、連続発振レーザ光の一部を出力が調整可能な
状態でそのままパルス光に重畳するもので、本発明の趣
旨を逸脱しない範囲で光学素子を配置・構成したものも
含まれることは言うまでもない。また、本発明方法はレ
ーザＣＶＤを実施するための光源として、パルス光と連
続発振光を重畳したレーザ光を使用するものであり、パ
ルス光と連続発振光を重畳したレーザ光の発生手段によ
って限定されるものではない。

【００２５】

【発明の効果】以上、説明してきたように、連続発振レ
ーザ光を発生する発振器１台からパルス光と連続発振光
を発生させてこれらを重畳させ、ＣＶＤ材料ガス雰囲気
中におかれた試料上に照射することにより、配線上と絶
縁膜上のように部分的に熱的な性質が異なっても、均一
な幅と厚さを有する配線を形成することができ、ＬＳＩ
等の配線を高品質に修正することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例である配線修正装置の構成を
示すブロック図である。

【図２】本発明を実施するのに最適なＬＳＩの部分断面
図である。

【図３】従来技術及び本発明技術で形成した配線の平面
図である。

【図４】本発明の別な実施例である配線修正装置のう
ち、レーザ光を発生するための光学系のブロック図であ
る。

【符号の説明】

１…レーザ発振器、２…レーザ光、４，６４…１／２波
長板、５…ポッケルスセル、６，６１，６５…偏光ビー
ムスプリッタ、８…対物レンズ、１０…ＣＶＤチャン
バ、１５…材料ガスボンベ、１８…真空ポンプ、３８…
制御装置、５５，５６，５７，５８，５９…Ｍo配線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐野秀造神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＣＶＤ材料ガス雰囲気中に置かれたＬＳＩ
上にレーザ光を照射して前記ＣＶＤ材料ガスを分解し、
選択的に導電膜を形成して配線を修正する方法におい
て、前記レーザ光が連続発振光とパルス光の重畳された
レーザ光であることを特徴とする配線修正方法。
【請求項２】ＣＶＤ材料ガス雰囲気中に置かれたＬＳＩ
上にレーザ光を照射して前記ＣＶＤ材料ガスを分解し、
選択的に導電膜を形成して配線を修正する装置におい
て、前記レーザ光を発生する手段が、直線偏光かつ連続
発振光を発生するレーザ発振器と、偏光方向を回転する
１／２波長板と、上記１／２波長板を光軸の回りに回転
させる駆動機構と、偏光方向を９０度回転させる電気光
学素子と、特定の偏光成分のみを透過または反射する偏
光子から構成されることを特徴とする配線修正装置。
【請求項３】ＣＶＤ材料ガス雰囲気中に置かれたＬＳＩ
上にレーザ光を照射して前記ＣＶＤ材料ガスを分解し、
選択的に導電膜を形成して配線を修正する装置におい
て、前記レーザ光を発生する手段が、直線偏光かつ連続
発振光を発生するレーザ発振器と、偏光方向を回転する
１／２波長板と、上記１／２波長板を光軸の回りに回転
させる駆動機構と、偏光成分によりレーザ光を分割する
偏光ビームスプリッタと、分割された一方の偏光成分を
パルス化する電気光学素子または音響光学素子と、分割
された他方の偏光成分の偏光方向を回転する１／２波長
板と、上記パルス化されたレーザ光と連続発振光を偏光
方向の違いを利用して結合する偏光ビームスプリッタか
ら構成されることを特徴とする配線修正装置。